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摘要 ：在苏里格天然气集输管道的建设和运行中，清管是一项非常重要、同时也是有一定风险的作业。因此，对苏10“枝上枝”布站中集气管线清管技术措施及清管规律进行说明，为苏10安全生产提供依据是十分必要的。
关键词：天然气集气阀组管道清管稳态模拟动态模拟 瞬态模拟
中图分类号：[TU279.7+6]文献标识码： A 文章编号：
1．苏10清管技术措施
1.1“支上枝”布站清管方案
“支上枝”布站共设集气阀组15座（1＃～15＃）。15个集气阀组中的1#～7#集气阀组进入苏10－3站， 8#～12#集气阀组进入已建的苏10－1站，13#～15#先进入11#集气阀组再进入苏10－1站。每座集气阀组均设有清管发球装置，11＃集气阀组接收来自13～15＃阀组的天然气，故11#集气阀组兼具有3套清管收球装置。通过以上设置可定期对相应集气支线进行清管操作。各集气阀组与集气站相对位置见系统附图。
1.2 清管频率
根据临时投产500kPa压降要求、正常投产200kPa压降要求和管线积液计算得到各阀组清管周期为：
表1正壓降集气阀组清管周期表
对于临时投产阀组和具有负压降的集气阀组经计算（见2.2管线积液规律模拟）压降均可满足生产要求，但由于集液量的增加，会对后续生产操作带来影响，故建议清管周期为：
表2 临时投产和负压降集气阀组清管周期
2．清管运行规律
清管过程中主要的工艺参数为清管器运行位置、清管器的运行速度、清管器前后压差及清管器的运行时间等。现采用PIPEPHASE、TACITE对苏10井区待投产的集气阀组的清管操作进行模拟，为现场清管操作提供参考及依据。
2.1清管参数确定
2.1.1稳态清管模型的计算
2.1.1.1集气阀组管线高程变化
图1 集气阀组管线走向图
从图1可以看出苏里格苏10井区集气阀组管线走向起伏较大，各阀组的最大高程变化为：-115.2～6.3m(1#阀组)、0～45.55m（2#阀组）、0～55.11m（3#集气阀组）、-77.5m～0（4#阀组）、0～54.8m（5#阀组）、-172.2m～83.02（6#阀组）、-6.8～34.3m（7#阀组）、-16.95～40.73m（8#阀组）、0～106.98m（9#阀组）。
2.1.1.2临时投产清管操作
表3临时投产集气阀组清管参数表
在临时投产条件下，清管要求最小压降为150kPa，各阀组清管时间在2h左右，明显比正常投产条件下清管时间要长，积液量要大，这主要是在该条件下清管速度较慢所引起的。可通过增加前后压差来提高清管速率和减小积液量。此外，由于临时投产即液量相对较大，清管频率要比正常投产要高。
2.1.1.3正常投产清管操作
在正常投产条件下，清管最小压降为150kPa清管速率维持在5m/s左右，可较好地完成清管操作，各阀组清管时间在1h以内，积液量较临时投产有较大的减少，这主要是由于气体速率的增加对液体具有较好的携带作用造成的。此外，8#集气阀和9#集气阀组清管压降明显高于其它阀组，可见管径对清管压降有较明显的影响。
表4正产投产集气阀组清管参数表
2.1.2 TACITE瞬态清管模拟
2.1.2.1 临时投产清管操作瞬态模拟
图2 临时投产清管参数趋势图
从图2瞬态分析结果可知各阀组的清管时间分别为：1.84h（1#阀组）、1.11h（2#阀组）、1.48h（4#阀组）、1.87h（6#阀组）、1.78h（7#阀组）；清管速率在1m/s左右；清管器前后压差维持在一个大气压左右，以上参数与稳态模拟结果相一致。值得一提的是临时投产中，各阀组在清管过程中清管器前后压差出现了较明显的负值，主要是由于临时投产过程中清管速度较小，清管器运行过程中清管器前部液体逐渐堆积使清管器前部压力瞬时大于清管器后部的压力，使清管器做运行方向相反的减速运动，这种现象在上升管路中由为明显，现场可根据实际情况采取增加清管压差的方法加以缓解。
图3 临时投产压力变化趋势图
图3显示出了临时投产清管操作的管线压力变化规律，从中可以发现由于临时投产流体速度较低及清管器前后压差变化较频繁使得压力变化趋势并没有正常投产的清晰、明显。对于清管操作的压力变化规律将在正常投产中加以详细论述。
2.1.2.2正常投产清管操作瞬态模拟
图4 正常投产清管参数趋势图
从图6可清晰的得到各集气阀组正常投产清管操作的时间为：0.42h（1#阀组）、0.28h（2#阀组）、0.27h（3#阀组）、0.32h（4#阀组）、0.21h（5#阀组）、0.38h（6#阀组）、0.42h（7#阀组）、0.62h（8#阀组）、0.26h（9#阀组）；清管平均速率较好的维持在5～7m/s之间；清管器前后压差由于地形的影响变化较大。
图5 正常投产管线压力变化趋势图
从图5清管压力变化图可以看到清管过程中管线各点压力具有相同的变化趋势即启动压力偏高的规律：当清管器放入管道后，由于清管器后部流体被阻，上游气体被压缩使清管器上游压力急剧升高，清管器运动后，上游重新恢复到新的稳态。清管器下游开始由于流体连续性的中断，下游流体压力出现急剧下降的现象，直到清管器经过后，相应原下游下降的压力由于气体的补充开始上升。但由于清管器刚经过各管段，在清管器上游一定长度的管段内几乎没有液体存在，使清管器上游压力几乎相等，仅由于阻力损失使压力出现微小的差别。当清管操作完成后，各管段经过一段时间重新达到了新的稳态
2.2 管线积液规律模拟
表5 集气阀组管线积液(1/3)参数表
表6 集气阀组管线积液(1/2)参数表
表7 集气阀组管线积液(2/3)参数表
表8正压降集气阀组达到清管要求液量表
表5、表6与表7列出了各集气阀组在临时投产和正常投产压力条件下，管线内积水达到总管线容积的时的管线压降。通过详细计算可知随着积液量的增加，各阀组压降随之增加；临时投产各阀组管线在三种积液量条件下，压降的大小在维持正常生产允许的500kPa压降范围内。正常投产情况下，管线积液量在总容积的时，5#阀组、8#阀组与9#阀组压将不能满足正常生产的200kPa压降; 管线积液量在总容积的时，3#阀组、5#阀组、7#阀组、8#阀组与9#阀组压降不能满足压降要求；管线积液量在总容积的时，2#阀组、3#阀组、5#阀组、7#阀组、8#阀组与9#阀组压降不能满足200kPa的压降要求。此外，对于1#阀组、4#阀组与6#阀组管线总体具有较大的负高程变化，所以这三个阀组充分利用了位能向静压能的能量转化使其能够较好的满足生产压降的要求。表8列出了具有正压降的集气阀组达到清管要求时的液量计算表，从中可见管径越小，清管周期越短。
3．小结
1）管道清管最小启动压差及运行压差为150kPa～200kPa；
2）临时投产平均清管速率为1m/s，清管时间为2h；正常投产平均清管速率为5～7m/s，清管时间为0.4h；
3）建议的清管周期为一周即：7d;
4）到生产后期建议缩短清管周期，运行压差为150kPa～200kPa;
5)由计算、分析、实践看出苏里格气田苏10井区集气阀组管道通球清管作业是安全的，不会影响正常采集气管线的运行。
关键词：天然气集气阀组管道清管稳态模拟动态模拟 瞬态模拟
中图分类号：[TU279.7+6]文献标识码： A 文章编号：
1．苏10清管技术措施
1.1“支上枝”布站清管方案
“支上枝”布站共设集气阀组15座（1＃～15＃）。15个集气阀组中的1#～7#集气阀组进入苏10－3站， 8#～12#集气阀组进入已建的苏10－1站，13#～15#先进入11#集气阀组再进入苏10－1站。每座集气阀组均设有清管发球装置，11＃集气阀组接收来自13～15＃阀组的天然气，故11#集气阀组兼具有3套清管收球装置。通过以上设置可定期对相应集气支线进行清管操作。各集气阀组与集气站相对位置见系统附图。
1.2 清管频率
根据临时投产500kPa压降要求、正常投产200kPa压降要求和管线积液计算得到各阀组清管周期为：
表1正壓降集气阀组清管周期表
对于临时投产阀组和具有负压降的集气阀组经计算（见2.2管线积液规律模拟）压降均可满足生产要求，但由于集液量的增加，会对后续生产操作带来影响，故建议清管周期为：
表2 临时投产和负压降集气阀组清管周期
2．清管运行规律
清管过程中主要的工艺参数为清管器运行位置、清管器的运行速度、清管器前后压差及清管器的运行时间等。现采用PIPEPHASE、TACITE对苏10井区待投产的集气阀组的清管操作进行模拟，为现场清管操作提供参考及依据。
2.1清管参数确定
2.1.1稳态清管模型的计算
2.1.1.1集气阀组管线高程变化
图1 集气阀组管线走向图
从图1可以看出苏里格苏10井区集气阀组管线走向起伏较大，各阀组的最大高程变化为：-115.2～6.3m(1#阀组)、0～45.55m（2#阀组）、0～55.11m（3#集气阀组）、-77.5m～0（4#阀组）、0～54.8m（5#阀组）、-172.2m～83.02（6#阀组）、-6.8～34.3m（7#阀组）、-16.95～40.73m（8#阀组）、0～106.98m（9#阀组）。
2.1.1.2临时投产清管操作
表3临时投产集气阀组清管参数表
在临时投产条件下，清管要求最小压降为150kPa，各阀组清管时间在2h左右，明显比正常投产条件下清管时间要长，积液量要大，这主要是在该条件下清管速度较慢所引起的。可通过增加前后压差来提高清管速率和减小积液量。此外，由于临时投产即液量相对较大，清管频率要比正常投产要高。
2.1.1.3正常投产清管操作
在正常投产条件下，清管最小压降为150kPa清管速率维持在5m/s左右，可较好地完成清管操作，各阀组清管时间在1h以内，积液量较临时投产有较大的减少，这主要是由于气体速率的增加对液体具有较好的携带作用造成的。此外，8#集气阀和9#集气阀组清管压降明显高于其它阀组，可见管径对清管压降有较明显的影响。
表4正产投产集气阀组清管参数表
2.1.2 TACITE瞬态清管模拟
2.1.2.1 临时投产清管操作瞬态模拟
图2 临时投产清管参数趋势图
从图2瞬态分析结果可知各阀组的清管时间分别为：1.84h（1#阀组）、1.11h（2#阀组）、1.48h（4#阀组）、1.87h（6#阀组）、1.78h（7#阀组）；清管速率在1m/s左右；清管器前后压差维持在一个大气压左右，以上参数与稳态模拟结果相一致。值得一提的是临时投产中，各阀组在清管过程中清管器前后压差出现了较明显的负值，主要是由于临时投产过程中清管速度较小，清管器运行过程中清管器前部液体逐渐堆积使清管器前部压力瞬时大于清管器后部的压力，使清管器做运行方向相反的减速运动，这种现象在上升管路中由为明显，现场可根据实际情况采取增加清管压差的方法加以缓解。
图3 临时投产压力变化趋势图
图3显示出了临时投产清管操作的管线压力变化规律，从中可以发现由于临时投产流体速度较低及清管器前后压差变化较频繁使得压力变化趋势并没有正常投产的清晰、明显。对于清管操作的压力变化规律将在正常投产中加以详细论述。
2.1.2.2正常投产清管操作瞬态模拟
图4 正常投产清管参数趋势图
从图6可清晰的得到各集气阀组正常投产清管操作的时间为：0.42h（1#阀组）、0.28h（2#阀组）、0.27h（3#阀组）、0.32h（4#阀组）、0.21h（5#阀组）、0.38h（6#阀组）、0.42h（7#阀组）、0.62h（8#阀组）、0.26h（9#阀组）；清管平均速率较好的维持在5～7m/s之间；清管器前后压差由于地形的影响变化较大。
图5 正常投产管线压力变化趋势图
从图5清管压力变化图可以看到清管过程中管线各点压力具有相同的变化趋势即启动压力偏高的规律：当清管器放入管道后，由于清管器后部流体被阻，上游气体被压缩使清管器上游压力急剧升高，清管器运动后，上游重新恢复到新的稳态。清管器下游开始由于流体连续性的中断，下游流体压力出现急剧下降的现象，直到清管器经过后，相应原下游下降的压力由于气体的补充开始上升。但由于清管器刚经过各管段，在清管器上游一定长度的管段内几乎没有液体存在，使清管器上游压力几乎相等，仅由于阻力损失使压力出现微小的差别。当清管操作完成后，各管段经过一段时间重新达到了新的稳态
2.2 管线积液规律模拟
表5 集气阀组管线积液(1/3)参数表
表6 集气阀组管线积液(1/2)参数表
表7 集气阀组管线积液(2/3)参数表
表8正压降集气阀组达到清管要求液量表
表5、表6与表7列出了各集气阀组在临时投产和正常投产压力条件下，管线内积水达到总管线容积的时的管线压降。通过详细计算可知随着积液量的增加，各阀组压降随之增加；临时投产各阀组管线在三种积液量条件下，压降的大小在维持正常生产允许的500kPa压降范围内。正常投产情况下，管线积液量在总容积的时，5#阀组、8#阀组与9#阀组压将不能满足正常生产的200kPa压降; 管线积液量在总容积的时，3#阀组、5#阀组、7#阀组、8#阀组与9#阀组压降不能满足压降要求；管线积液量在总容积的时，2#阀组、3#阀组、5#阀组、7#阀组、8#阀组与9#阀组压降不能满足200kPa的压降要求。此外，对于1#阀组、4#阀组与6#阀组管线总体具有较大的负高程变化，所以这三个阀组充分利用了位能向静压能的能量转化使其能够较好的满足生产压降的要求。表8列出了具有正压降的集气阀组达到清管要求时的液量计算表，从中可见管径越小，清管周期越短。
3．小结
1）管道清管最小启动压差及运行压差为150kPa～200kPa；
2）临时投产平均清管速率为1m/s，清管时间为2h；正常投产平均清管速率为5～7m/s，清管时间为0.4h；
3）建议的清管周期为一周即：7d;
4）到生产后期建议缩短清管周期，运行压差为150kPa～200kPa;
5)由计算、分析、实践看出苏里格气田苏10井区集气阀组管道通球清管作业是安全的，不会影响正常采集气管线的运行。